3.5洛伦兹力上课
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《磁场对运动电荷的作用力》示范教案
高中物理教学教案课题 3.5磁场对运动电荷的作用力新授课教学目标（一）知识与技能1、知道什么是洛伦兹力。
2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对电荷不做功。
3、掌握洛伦兹力大小的推理过程。
4、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
5、了解电视机显像管的工作原理。
（二）过程与方法通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。
（三）情感、态度与价值观让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证”教学重点、难点教学重点1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。
2、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
教学难点1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。
2、洛伦兹力方向的判断。
教学方法实验观察法、讲述法、分析推理法教学手段电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片教学活动（一）引入新课（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：（1）如图，判定安培力的方向若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。
求：导线所受的安培力大小？（2）电流是如何形成的？电荷的定向移动形成电流。
磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。
［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
如图3.5-1说明电子射线管的原理：从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。
实验现象：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。
（二）进行新课1、洛伦兹力的方向和大小运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。
通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。
方向（左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一学生活动学生：观察实验现象个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
2024-2025学年高中物理第3章5洛伦兹力的应用教案教科版选修3-1
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。
6. 课堂小结（5分钟）
目标： 回顾本节课的主要内容，强调洛伦兹力的重要性和意义。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括洛伦兹力的基本概念、组成部分、案例分析等。
强调洛伦兹力在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用洛伦兹力。
七、课堂
1. 课堂评价：通过提问、观察、测试等方式，了解学生的学习情况，及时发现问题并进行解决。
提问：在教学过程中，教师可以通过提问的方式了解学生对洛伦兹力的理解程度。针对关键概念和知识点，教师可以设计一些开放性问题，引导学生进行思考和讨论，检查学生对知识的掌握情况。
观察：教师应时刻关注学生的学习状态，观察他们参与课堂活动的积极性和合作程度。观察学生在小组讨论中的表现，了解他们是否能够主动参与、积极思考，并与其他同学进行有效的沟通和合作。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解洛伦兹力的多样性或复杂性。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用洛伦兹力解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论洛伦兹力的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
4. 学生小组讨论（10分钟）
目标： 培养学生的合作能力和解决问题的能力。
八、课后作业
1. 题目：计算电子在磁场中运动的速度
已知电子的质量为9.11×10^-31 kg，电荷量为1.60×10^-19 C，磁感应强度为0.5 T，电子的速度为1×10^6 m/s。求电子在磁场中运动的速度。
答案：电子在磁场中运动的速度为3.20×10^6 m/s。
2. 题目：洛伦兹力对电子轨道的影响
教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。
6. 课堂小结（5分钟）
目标： 回顾本节课的主要内容，强调洛伦兹力的重要性和意义。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括洛伦兹力的基本概念、组成部分、案例分析等。
强调洛伦兹力在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用洛伦兹力。
七、课堂
1. 课堂评价：通过提问、观察、测试等方式，了解学生的学习情况，及时发现问题并进行解决。
提问：在教学过程中，教师可以通过提问的方式了解学生对洛伦兹力的理解程度。针对关键概念和知识点，教师可以设计一些开放性问题，引导学生进行思考和讨论，检查学生对知识的掌握情况。
观察：教师应时刻关注学生的学习状态，观察他们参与课堂活动的积极性和合作程度。观察学生在小组讨论中的表现，了解他们是否能够主动参与、积极思考，并与其他同学进行有效的沟通和合作。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解洛伦兹力的多样性或复杂性。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用洛伦兹力解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论洛伦兹力的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
4. 学生小组讨论（10分钟）
目标： 培养学生的合作能力和解决问题的能力。
八、课后作业
1. 题目：计算电子在磁场中运动的速度
已知电子的质量为9.11×10^-31 kg，电荷量为1.60×10^-19 C，磁感应强度为0.5 T，电子的速度为1×10^6 m/s。求电子在磁场中运动的速度。
答案：电子在磁场中运动的速度为3.20×10^6 m/s。
2. 题目：洛伦兹力对电子轨道的影响
3.5洛伦兹力的应用 课件(教科版选修3-1)
针对训练
如图所示，一束电荷量为 e 的电子以垂直于磁场方
向(磁感应强度为 B)并垂直于磁场边界的速度 v 射入宽度为 d 的 磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 θ＝30° . 求电子的质量和穿越磁场的时间．
解析
过 M、N 作入射方向和出射方向的垂线，两垂线交于 O
点，O 点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，连接 ON，过 N 做 OM 的垂线，垂足为 P，如图所示．由直角三角形 OPN 知， d 电子轨迹半径 r＝sin 30° ＝2d① v2 由牛顿第二定律知 evB＝m r ② 2dBe 解①②得：m＝ v 2π 2dBe 4πd 电子在无界磁场中的运动周期为 T＝eB· v ＝ v
2．对交变电压的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由 什么决定？
答案 交变电压的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周 mv 1 2 q2B2R2 期．由 R＝ qB 及 Ek＝2mv 得最大动能 Ek＝ 2m ，由此知最 大动能由 D 形盒的半径和磁感应强度决定．
[要点提炼] 1．回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子 在磁场中运动
2πR 2πm (2)如图所示， 设电子做圆周运动的周期为 T， 则 T＝ v ＝ Bq ＝ 2πm α mθ Be .由几何关系得圆心角 α＝θ，所以 t＝2πT＝ eB .
mv θ r θ (3)由几何关系可知：tan 2＝R，所以有 r＝ eB tan 2.
mv mv mθ θ 答案 (1) Be (2) eB (3) eB tan 2
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
[要点提炼] 1．质谱仪的原理 (如图 ) (1)带电粒子进入加速电场(狭缝 S1 与 S2 之间 )，满足动能定 1 2 qU＝2mv 理： . (2)带电粒子进入速度选择器 (P1 和 P2 两平行金属板之间 )， 满 E qE ＝ q v B 1 足 ， v＝ ，匀速直线通过． B1 (3)带电粒子进入偏转磁场 (磁感应强度为 B2 的匀强磁场区 mv 域 )，偏转半径 R＝ . qB2 E q (4)带电粒子打到照相底片，可得荷质比 ＝ B1B2R . m
高中物理 3-5洛伦兹力的应用课件 教科版选修3-1
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带电粒子在复合场中的运动
1．分析方法 (1)弄清复合场的组成，一般有磁场、电场的复合，磁场、重力场 的复合，磁场、电场、重力场的复合． (2)进行正确的受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静 电力和磁场力的分析． (3)确定带电粒子的运动状态，注意受它沿着半圆 A0A1 时，我们在 A1A1′处设置一个向上的电场， 使这个带电粒子在 A1A1′处受到一次电场的加速，速率由 v0 增加到 v1，然后粒子以速率 v1 在磁场中做匀速圆周运动．我 们知道，粒子的轨道半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着
增大了的圆周运动．
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9
又经过半个周期，当它沿着半圆弧 A1′A2′到达 A2′时，我 们在 A2′A2 处设置一个向下的电场，使粒子又一次受到电场 的加速，速率增加到 v2，如此继续下去．每当粒子运动到 A1A1′、A3A3′等处时都使它受到一个向上电场力加速，每当 粒子运动到 A2′A2、A4′A4 等处时都使它受到一个向下电场 力加速，那么，粒子将沿着图 3－5－4 的螺旋线回旋下去，速 率将一步一步地增大．
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18
解析：本题实际上是一个速度选择器的模型，带电粒子以速度 v 平行金属板穿出，说明其所受的电场力和洛伦兹力平衡，即 qE ＝qvB，可得 v＝EB，只要带电粒子的速度 v＝EB，方向以如图方 向均可以匀速通过速度选择器，与粒子的种类、带电的性质及电
荷量多少无关，因此 A 错误，B 正确． 若 v′＞v，则有 qv′B＞qE，洛伦兹力大于电场力，粒子将向 洛伦兹力方向偏转而做曲线运动，电场力做负功，粒子的速度将
图 3－5－3
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5
2．原理： ①带电粒子进入加速电场，满足动能定理． qU＝12mv2 ②带电粒子进入速度选择器，满足 qE＝qvB1 v＝BE1，匀速直线通过． ③带电粒子进入偏转磁场，偏转半径 r＝qmBv2. ④带电粒子打到照相底片，可得比荷mq ＝B1EB2r .
物理：-3.5《探究洛伦兹力》课件(粤教版选修3-1)1
f qvB
【例题3】质量为m，带电量为q的带电粒子，以速率v垂
直进入如图所示的匀强磁场中，恰好做匀速直线运 动．求：磁场的磁感应强度及带电粒子的电性．
解：由于物体所受重力的方向竖直向下，所以洛 伦兹力的方向一定竖直向上，这样才能使物体做匀 速直线运动。物体带正电。
f qvB m g
探究洛伦兹力
【实验】
磁场对运动电荷有力的作用——这个力叫洛仑兹力。
在没有外磁场时，电子束是沿直线前进的。如果把 射线管放在蹄形磁铁两间，让电子运动方向与磁场方向
垂直，荧光屏上显示的电子束运动轨迹发生了偏转。思
考一下，这说明了什么？
【推理与猜想】
磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动
形成的。所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的 作用力的宏观表现。即：
【例题2】依运动轨迹，判断图中带电粒子的电性。
二、洛伦兹力的大小 【理论基础】 1.安培力是洛伦兹力的宏观表现；
2.洛伦兹力是安培力的微观本质。
设:导线内单位体积内的电荷数为n，每个电荷的电量为q， 电荷定向运动的速度为v，阴影部分导线内电荷数为N L vt
F ILB
Q I t Q Nq N nSvt F Nf
mg B qv
三、速度选择器
E 在电、磁场中，若不计重力，则： qE qvB v B
1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关； 2.注意电场和磁场的方向搭配。
【例题 4】已知一质子以 5×107m/s 的速度沿上图所示方向
进入磁感应强度B=2T的匀强磁场中，质Bcos30=1.3ⅹ10-11N
全本小说/全本小说
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袄，表面又被污水淋湿了，赶忙喊道：“老王，你快上来，把身上的泥擦一擦，小心感冒! 你呀，简直就是铁人王进喜！”张 钢铁心里既是佩服又有些担心。“不要紧，我们干活儿，热乎着呢！不会感冒。” 王希维往上望了望，“怎么车子还不 来？”“老王，把板凳移过来一点，斗车上升时再通过斗车上的绳子同时往外拉，这样泥就溅不到你身上了。” 张钢铁对下 面的王希维说。“对，张主任说的对。”马启明喊道。于是，王希维从底下爬上来，大家帮忙把凳子移过来一点。当斗车往上 送污泥时，上面的人用固定在斗车上面的钢丝绳往上拉，另外的人同时通过拴在斗车一旁的绳子往外拉，相当于斗车走斜直线 到池边，果然好多了，泥溅不到王希维的身子上了。看了一会儿，马启明和张钢铁往办公室走去。一时间，马启明心头突然有 些酸涩和感慨，心想职工拿一点钱真不容易，干这样的脏活累活，拿的却是微薄的工资。想到老王黢黑的手，虎口处、拇指上 都长了不少老茧子，现在正值隆冬，双手的冻疮已皴裂，竟没有戴胶皮手套，接触污水手会烂的，想想至少也要包上塑料布遮 遮才好，可他却什么防护都没做。“唉——”马启明忍不住长叹了气，他脸上毫无表情地看着前方，边走边叹息道：“上一次， 我陪同市区里的领导们来参观。参观过后他们说，从我们的收集池走过都能闻见衣服上的臭味，你想这臭味有多重。以前环卫 站工人来清污，胶皮衣裤、胶皮手套、胶鞋，可谓是武装到了牙齿，又有专业的清污工具。这一次，王希维为多挣点钱，联系 了厂里的几个职工把污泥清理的活揽下来，一没有专业工具，二没有任何防护设施，一把铁锹，一双手，又是隆冬季节，真是 难为他们了。污水中说不定有些碱液还没有被中和掉，搞不好，手接触污水会烂掉。一到淡季不生产，像他们只能拿到300多 元的基本生活费，还要养家糊口。现在物价又那么高，几百块钱能抵什么用？要是家里有学生，那更是雪上加霜，要是家里有 病人，那就没法活了。没有其他生财之路，只能是多干点杂活，凭死力气拿一点辛苦钱，确实可怜。唉——太不容易 了。”“我去找一些手套。” 张钢铁说着赶紧走了。一会儿，张钢铁拿着几副手套，一边递给职工们，一边说：“干活要把 自己保护好，不能为了两个辛苦钱，把手给腐蚀烂掉了。”“谢谢！还是张主任好。”职工们感激地对张钢铁说。张钢铁有些 哽咽，心想真是些善良的职工啊！你对他们好一点点，他们竟感激成这样。看到这些，也许是农民遗传因素的影响，马启明突 然想到了辛苦劳作一辈子的父辈们。他深深地觉得，像王希维他们这样吃苦耐劳的中国劳动人民，既没有以身堵枪眼，没有抱 着爆破筒与敌人同归于尽，没有光辉的事迹。但他们却用辛勤的工作给社会提供了耐以生存
3.5 运动电荷在磁场中受到的力课时1
第三章
磁 场
5
运动电荷在磁场中受到的力
一、学习目标
1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹 力对电荷不做功。
2、掌握洛伦兹力大小的推理过程。 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力 大小的计算。
二、带着问题先学
1、什么是洛伦兹力？与安培力的关系怎样？ 如何利用左手定则判断洛伦兹力的方向？运用 该定则时应该注意什么？
速度选择器
3、（书98页第三题）在如图所示的平行板器件中，电 场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度 的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能 把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度 E 选择器。试证明：带电粒子具有速度 v 时，才能 B 沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
×××× v ××××
v
v
v v
(1)通电导线中的电流 I nqvS (2)通电导线所受的安培力 F安 BIL B( nqvS ) L (3)这段导线内的自由电荷数 N nSL F安 B( nqvS ) L (4)电荷所受的洛伦兹力 F洛 qvB
N nSL
I
v
F
v v v
思考：
电荷的速度方向与磁场方向垂直时 F qvB 。 如果电荷的运动方向与磁场的方向夹角为θ该 怎么办？
F qvB sin
课堂练习
1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒 子所受洛伦兹力的方向
F洛
× × ×
× ×v ×
× × ×
+
+
v
F洛 F洛
v
+ +
v
+
v
v
垂直纸面向外 垂直纸面向里
磁 场
5
运动电荷在磁场中受到的力
一、学习目标
1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹 力对电荷不做功。
2、掌握洛伦兹力大小的推理过程。 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力 大小的计算。
二、带着问题先学
1、什么是洛伦兹力？与安培力的关系怎样？ 如何利用左手定则判断洛伦兹力的方向？运用 该定则时应该注意什么？
速度选择器
3、（书98页第三题）在如图所示的平行板器件中，电 场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度 的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能 把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度 E 选择器。试证明：带电粒子具有速度 v 时，才能 B 沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
×××× v ××××
v
v
v v
(1)通电导线中的电流 I nqvS (2)通电导线所受的安培力 F安 BIL B( nqvS ) L (3)这段导线内的自由电荷数 N nSL F安 B( nqvS ) L (4)电荷所受的洛伦兹力 F洛 qvB
N nSL
I
v
F
v v v
思考：
电荷的速度方向与磁场方向垂直时 F qvB 。 如果电荷的运动方向与磁场的方向夹角为θ该 怎么办？
F qvB sin
课堂练习
1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒 子所受洛伦兹力的方向
F洛
× × ×
× ×v ×
× × ×
+
+
v
F洛 F洛
v
+ +
v
+
v
v
垂直纸面向外 垂直纸面向里
【选修3—1】3.5 洛伦兹力的应用(精选课件)
弦切角 P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
1、确定圆心：
圆心一定在速度的 垂线上，也一定在弦的 中垂线上。
α
＋
Q v0
2、角度之间的关系：
（1）偏转角等于圆心 角；（2）弦切角等于圆 心角的一半。
F
一、利用磁场控制带电离子偏转
弦切角
P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
O
M v v
M P -q v v
⑵半径的计算 几何法求半径（勾股定理、三角函数） 向心力公式求半径（R= mv/qB）
圆心确定后，寻找与半径和已知量相关的直角三角形， 利用几何知识，求解圆轨迹的半径。
带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性 较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、 圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中 的圆及解析几何知识 ．但只要准确地画出轨迹图， 并灵活运用几何知识和物理规律，找到已知量与 轨道半径r、周期T的关系，求出粒子在磁场中偏 转的角度或距离以及运动时间不太难。
v
mv 3mv r , 得B 2aq 3 Bq
射出点坐标为（0，3a ）
y
2a
B
O/
v
a
o
x
［练习5］质量为m带电量为e的电子垂直磁场方
仅受洛伦兹力下圆形边界磁场的规律
规律1：在圆形区域 内，沿径向射入的粒 子，必沿径向射出。 情形1：
v α B O θ 边 界 圆
规律:2：在圆形区域内，沿 非径向射入的粒子，两圆心 连线OO′与点C共线。 情形2：
边 界 圆 B O C A B
O＇
θ
O′
轨 迹 圆
v
轨迹圆
仅受洛伦兹力下利用磁场控制带电离子偏 转
1、确定圆心：
圆心一定在速度的 垂线上，也一定在弦的 中垂线上。
α
＋
Q v0
2、角度之间的关系：
（1）偏转角等于圆心 角；（2）弦切角等于圆 心角的一半。
F
一、利用磁场控制带电离子偏转
弦切角
P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
O
M v v
M P -q v v
⑵半径的计算 几何法求半径（勾股定理、三角函数） 向心力公式求半径（R= mv/qB）
圆心确定后，寻找与半径和已知量相关的直角三角形， 利用几何知识，求解圆轨迹的半径。
带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性 较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、 圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中 的圆及解析几何知识 ．但只要准确地画出轨迹图， 并灵活运用几何知识和物理规律，找到已知量与 轨道半径r、周期T的关系，求出粒子在磁场中偏 转的角度或距离以及运动时间不太难。
v
mv 3mv r , 得B 2aq 3 Bq
射出点坐标为（0，3a ）
y
2a
B
O/
v
a
o
x
［练习5］质量为m带电量为e的电子垂直磁场方
仅受洛伦兹力下圆形边界磁场的规律
规律1：在圆形区域 内，沿径向射入的粒 子，必沿径向射出。 情形1：
v α B O θ 边 界 圆
规律:2：在圆形区域内，沿 非径向射入的粒子，两圆心 连线OO′与点C共线。 情形2：
边 界 圆 B O C A B
O＇
θ
O′
轨 迹 圆
v
轨迹圆
仅受洛伦兹力下利用磁场控制带电离子偏 转
3.5探究洛伦兹力
练习 1．（双选）运动电荷进入磁场后(无其它场)，可能做( A．匀速圆周运动 B．匀速直线运动 C．匀加速直线运动 D．平抛运动 解析：电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向时刻与速度方 向垂直，则运动电荷做匀速圆周运动或螺旋圆周运动．则A正 确；当电荷的速度方向与磁场方向平行时，电荷不受力的作用， 保持原来的运动状态做匀速直线运动，B正确。 答案：AB )
三、磁场对运动电荷的作用
1．圆心的确定
如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关 键．首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与 速度方向垂直的直线上．圆心位置的确定通常有两种 方法：
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和 出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两 条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图(1)所示，图中 P为入射点，M为出射点)．
可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。
即：1.安培力是洛伦兹力的宏观表现．
2.洛伦兹力是安培力的微观本质。
虽不等价 但本质相同
F
I=Ni
i i i
I
F=Nf
f f f
i
i
i
I=NiBiblioteka 把安培力看作是大量运动电荷所受 洛仑兹力的合力
S
分析认证：
L
n:单位体积内的 电荷数 S:导体截面积 V:电荷运动速度 q:电荷的电量
LSn ,这些电荷 1.在长L的体积内的电荷数为N=______ L/v 完全通过截面积S的时间t=_______, nqSv 长度为L的导线 2.通过导线的电流强度I=________ BvqLSn 所受的安培力F=_________ 3.电量为q,速度为v在垂直磁场(磁感应强度为B) Bvq 中运动受到的洛仑兹力f=_______
教科版选修3-1 3.5洛伦磁力的应用(共25张PPT)
1 2
mvm2
q2 B2 Rm2 2m
可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量
Ekm 取决于：D形盒的半径R，磁感应强度B.
注意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。
5. 加速的次数N N Ekm
qU
6. （1）加速粒子在磁场中运动的时间
tNT 2
T 2 m
qB
（2）加速粒子电场中运动的时间
思路点拨：(1)带电粒子在 a 中被加速． (2)带电粒子通过速度选择器时，所受电场力和洛伦兹力大小 相等、方向相反，带电粒子可匀速通过速度选择器． (3)带电粒子进入磁场区 c 后做匀速圆周运动．
【解析】 (1)在 a 中，粒子被加速电场 U1 加速，由动能定理 有 eU1＝12mv2，解得 v＝ 2emU1.
evB＝mRv2
所以质子经回旋加速器加速，最后获得的动能为
Ek′＝12mv2＝12meRmB2＝1.92×10－12 J.
B
(3)交变电压的频率 f＝T1＝2Bπem＝7.63×106 Hz.
R
E`k=？
U
f=?
回旋加速器——结论 1. 在磁场中做圆周运动,周期不变。 2. 每一个周期加速两次。
2．直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：
由动能定理得:带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：
Ek q(U1 U 2 U 3 … U n )
缺点：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速 器受到一定的限制．
1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米.
3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同。 4. 电场一个周期中方向变化两次。 5. B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由盒的半
2024-2025学年高中物理第3章5洛伦兹力的应用教案教科版选修3-1
设计课堂互动环节，提高学生学习洛伦兹力的积极性。
（二）课堂导入（预计用时：3分钟）
激发兴趣：
提出问题或设置悬念，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入洛伦兹力学习状态。
回顾旧知：
简要回顾上节课学习的磁场对电流的作用力（安培力）的内容，帮助学生建立知识之间的联系。
提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为洛伦兹力新课学习打下基础。
学习者分析
1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应该已经掌握了电流、磁场的基本概念，以及磁场对电流的作用力（安培力）的相关知识。他们对磁场中的力有一定的了解，但可能对洛伦兹力的计算方法和在实际中的应用还不够熟练。
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高二学生对物理学科的兴趣整体较高，尤其是对实验和实践环节较为感兴趣。在学习能力方面，他们具备一定的逻辑思维和数学计算能力，但部分学生在面对复杂计算时可能会感到困惑。学生的学习风格各异，有的喜欢听课，有的喜欢动手实践。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决洛伦兹力问题。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的洛伦兹力错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）
知识拓展：
介绍与洛伦兹力内容相关的拓展知识，拓宽学生的知识视野。
引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。
-测试：设计一些课堂测试题，检验学生对洛伦兹力的掌握程度，及时发现并解决他们的知识盲点。
2.作业评价
-批改：认真批改学生的作业，检查他们对洛伦兹力的计算方法和应用的掌握程度，及时发现并解决他们的错误。
-点评：对学生的作业进行详细的点评，指出他们的优点和不足，鼓励他们继续努力。
（二）课堂导入（预计用时：3分钟）
激发兴趣：
提出问题或设置悬念，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入洛伦兹力学习状态。
回顾旧知：
简要回顾上节课学习的磁场对电流的作用力（安培力）的内容，帮助学生建立知识之间的联系。
提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为洛伦兹力新课学习打下基础。
学习者分析
1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应该已经掌握了电流、磁场的基本概念，以及磁场对电流的作用力（安培力）的相关知识。他们对磁场中的力有一定的了解，但可能对洛伦兹力的计算方法和在实际中的应用还不够熟练。
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高二学生对物理学科的兴趣整体较高，尤其是对实验和实践环节较为感兴趣。在学习能力方面，他们具备一定的逻辑思维和数学计算能力，但部分学生在面对复杂计算时可能会感到困惑。学生的学习风格各异，有的喜欢听课，有的喜欢动手实践。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决洛伦兹力问题。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的洛伦兹力错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）
知识拓展：
介绍与洛伦兹力内容相关的拓展知识，拓宽学生的知识视野。
引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。
-测试：设计一些课堂测试题，检验学生对洛伦兹力的掌握程度，及时发现并解决他们的知识盲点。
2.作业评价
-批改：认真批改学生的作业，检查他们对洛伦兹力的计算方法和应用的掌握程度，及时发现并解决他们的错误。
-点评：对学生的作业进行详细的点评，指出他们的优点和不足，鼓励他们继续努力。
洛伦兹力的应用(教案)
3.5洛伦兹力的应用一、教学目标（一）知识与技能1．知道质谱仪的构造及原理2．能推到质谱仪测比荷的表达式3．理解速度选择器的平衡条件4．理解霍尔效应、磁流体发电机、电磁流量计的原理（二）过程与方法1．使学生参与分析过程，体会带电粒子的运动2．通过观察、类比分析，使学生理解和掌握霍尔效应、磁流体发电机、电磁流量计的原理3．通过分析仪器原理感受“知识”向“应用”的升华（三）情感、态度与价值观1．培养学生探究物理现象的兴趣，提高综合学习能力2．使学生感受分工合作精神的重要性。
二、教学重点1．质谱仪的构造及原理2．受力分析及运动分析3．左手定则的使用三、教学难点带电粒子的受力分析，运动过程分析四、教学方法小组讨论、讲授法五、教学过程教学程序教师行为学生活动设计意图新课引入介绍荷质比，及科学家JJ汤姆孙通过测量阴极射线管的荷质比发现电子，获得诺贝尔物理学奖。
聆听教师讲解介绍物理学史，激发学生的学习兴趣质谱仪结合质谱仪的原理图，分析每个部件的作用及特点。
粒子从狭缝S1进来，S1S2S3在同一直线上，故粒子前两个阶段作直线运动，分析在S1S2之间应做匀加速直线运动，S1S2之间的电场起到了加速粒子的作用。
请同学思考在S2S3之间作何种直线运动？能写出什么方程？故S2S3之间电场磁场叠加区域起到了速度选择的作用，相当于一个速度选择器。
出了S3的粒子进入磁场区域发生偏转，做圆周运动打在照相底片上。
S3区域主要作用是使粒子发生偏转。
结合偏转方向利用左手定则判断出该粒子应该带正电。
根据圆周运动的向心力特点，结合结合关系推导出荷质比的表达式。
介绍阿斯顿获诺贝尔奖参与推导过程，思考并感受质谱仪测比荷的推导过程。
思考并回答以下几个问题：1.P1、P2之间的电场方向？2.粒子通过S2、S3之间做匀速直线运动的条件是？3.已知B1、B2及电场强度E的大小，粒子打在照相底片的位置与S3的距离为L，粒子的比荷是多少？学生通过分析推导出表达式，感受平衡条件的使用。
高中物理洛伦兹力的应用优秀课件
以下粒子能否沿直线飞出？
2 1
H
3 1
H
100m/s 200m/s
4 2
He
100m/s
拓展1: 假设为100m/s的负粒子呢？
拓展2: 假设为从S3向上射入的正粒子
呢？
2、速度选择器：
作用：选择满足V=E/B1的粒子沿直 线通过仪器，不能选择粒子 的电量、电性。
3、偏转磁场：
mE r
qB2 B1
候课： 复习洛伦兹力的相关知识。
3.5 洛伦兹力的应用
xx石室天府物理组 朱凤鸣
质谱仪的结构：
加速系统 速度选择器 偏转磁场
探究一：
质谱仪的工作原理？
1、加速系统：
作用：通过 电场对粒子 进行加速。
2、速度选择器： E
V B1
讨论交流1：
粒11 H子以100m/s的速度垂直磁场方向 进入速度选择器，恰好沿直线飞出，请判断
探究二：
盘旋加速器的工作原理？
活动：
请同学们画出粒子的运动轨迹， 并对问题1、2进行小组讨论，最后展 示。
演示：
问题3:
带电粒子做圆周运动的周期同电 场变化的周期应该满足什么条件，才 能使粒子反复加速？
二者周期须相同
问题4:
带电粒子的最高能量与哪些因
素有关？
Ekm
q2B2R2 2m
(R为D形
讨论交流2：
当三个氢元素粒子以相同的速度垂直进 入同一偏转磁场时，发现它们运动的轨道半 径均不同，这说明了什么？
+v
3、偏转磁场：
作用：可测出带电粒子的比荷,可 检测化学物质中的同位素。
问题:
怎样才能获得高能的带电粒子呢？
粒斯 子坦 加福 速大 器学
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洛伦兹力的大小
如图所示，设有一段长度为L，横截面 积为S的导线，导线单位体积内含有的自由 电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定 向移动速率为v，将这段通电导线垂直磁场 方向放入磁感应强度为B的磁场中。
洛伦兹力的大小
安培力为F安=BIL 电流的微观表 达式为 I=nesv 设导线中共有N个自由电子N=nsL 每个电子受的磁场力为F洛 = F安/N 故可得F洛=evB
宇宙射线
从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒子流 放出，称为宇宙射线。这些 高能粒子流若都到达地球， 将对地球上的生物带来危害。 但由于地球周围存在磁场， 在洛伦兹力的作用下，改变 了宇宙射线中带电粒子的运 动方向，从而对宇宙射线起 了一定的阻挡作用。
思考与讨论
你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？
课堂练习
1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所 受洛伦兹力的方向：
课堂练习
2、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运 动，下面说法正确的是（ B ） A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就 相同 B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不 变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变 C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受 洛伦兹力作用 D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁 感应强度小
课堂练习
3、电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的
匀强磁场中,则( BD )
A、磁场对电子的作用力始终不变.
B、磁场对电子的作用力始终不做功
C、电子的速度始终不变.
D、电子的动能始终不变
课堂练习
4、一长直螺线管通有交流电，一个电子 以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子 在管内的运动情况是：( C ) A、匀加速运动 B、匀减速运动 C、匀速直线运动 D、在螺线管内来回往复运动
思考与讨论
从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两 极形成神秘莫测的极光？
思考与讨论
电视机的内部显像管中，电子枪射出的是 一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发 光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁， 电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是 为什么？
思考 电流是如何形成的？
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的
A．竖直向下沿直线
射向地面
B．相对于预定地面
向东偏转
V
C．相对于预定点稍向西偏转
D．相对于预定点稍向北偏转
人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇
景
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中， 有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以 覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳 风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400 公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏 向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击 走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发 射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的 极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的 叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象， 称之为北极光。
应用：电视显像管的工作原理
1、要是电子打在A点，偏转磁场 应该沿什么方向？ 垂直纸面向外 2、要是电子打在B点，偏转磁场 应该沿什么方向？ 垂直纸面向里 3、要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应 该怎样变化？ 先垂直纸面向外并逐渐减小， 然后垂直纸面向里并逐渐增大。
电视显像管中的扫描
在电视显像管的偏转区 中存在水平方向和竖直方向 强弱和方向都在不断变化的 偏转磁场，于是，电子枪发 出的电子束在荧光屏上的发 光点不断移动，对图像进行 扫描，扫描的路线如图所示， 从a开始，逐行进行，直到b， 且每秒要进行50场扫描，结 果，我们就感觉到荧光屏上 整个都发光了。
磁场对通电导线（电流）有力பைடு நூலகம்作用，而电流是电 荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？
磁场可能对运动电荷有力的作用。
安培力
宏观表现 微观原因
磁场对电流的作用
果 因
洛仑兹力
磁场对运动电荷的作用
F +
I
I
F
-
1.判定安培力方向。
想 一 想
2.电流方向和电荷运动方向的关系。 3.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。 4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力 方向的关系。
1、（书98页第三题）在如图所示的平行板器件中，电 场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度 的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能 把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度 选择器。 试证明：带电粒子具 有速度 v E 时，才
B
×××× v ××××
速度选择器
能沿着图示虚线路径 通过这个速度选择器。
V2 V1
课堂练习:
1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断 这时粒子所受洛伦兹力的方向
FL ×
× ×
× ×V×
× × ×
+
+
V
FL
+ +
V
+
V
V
垂直纸面向外 垂直纸面向里
FL
× × ×
FL
V
× × ×
× × ×
V
V
FL=0
FL=0
2：为了研究某种放射源发出的未知射线， 物理探究者把放射源置于匀强磁场中，射 线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的 电性。
阴极射线管
狭缝 荧光屏
阴极
阳极 若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中 的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏 上激发出荧光。
洛伦兹力(Lorentz force)
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫 洛伦兹力。 2、洛伦兹力的方向：
v
F洛
F洛
v
洛伦兹力的方向 实验结论：洛伦兹力的方向既 跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷 的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力 的方向总是垂直于磁感线和运动电 荷所在的平面，即：F安⊥Bv平面 伸开左手： 磁感线——垂直穿入手心 四指—— ①指向正电荷的运动方向 ②指向负电荷运动的反向 大拇指—— 所受洛伦兹力的方向
2、（书98页第4题）如图所示，磁流体发电机是一项新兴技术， 它可以把物体的内能直接转化为电能。平行金属板A、B之间有一 个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大 量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、 B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。 （1）图中A、B板哪一个是发电机的正极。
课堂练习
5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面 顶端滑至底端时的速率为v；若加一个垂直纸 面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底 端，则它滑至底端时的速率将（ B ）
A、变大
B、变小
C、不变
D、条件不足，无法判断
课 堂 练 习
来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向 射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球 周围的空间时，将( B )
1、大小的不同： 电场力F=qE 洛伦兹力F=qvB
2、方向的不同：电场力方向与电场方向平行 洛伦兹力方向与磁场方向垂直 3、作用关系的不同： 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力的作用 4、做功的不同： 电场力对运动的电荷不一定做功 洛伦兹力对运动的电荷一定不做功
(条件是v⊥B)
洛仑兹力的特点
1、洛伦兹力的大小：
v⊥
v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB
v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
2、洛伦兹力的方向：
v∥
F洛⊥B F洛⊥v F洛⊥vB平面
3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方 向，不改变运动电荷速度的大小。
重要结论：洛伦兹力永远不做功！
【知识应用】：
思考与讨论
磁场对通电导线能产生安培力的作用， 当磁场方向与电流方向垂直时，安培力的 大小为F安=BIL，而电流就是电荷的定向移 动形成的，那么，磁场对运动电荷所产生 的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦兹 力的大小又与什么因素有关？ 1、通电导线在磁场中所受的安培力就是 洛伦兹力的宏观表现。 2、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的运 动方向及磁场的方向有关。
以正电荷为例
+
+
1、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 2、洛伦兹力方向：左手定则 F ⊥V F ⊥ B 3、洛伦兹力大小： F洛=qVBsinθ V⊥B F洛=qVB V∥B F洛= 0 4、洛伦兹力对运动的电荷永不做功！
v
F洛
思考与讨论
如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方 向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟 着反向？
v
F洛
结论：当电荷的运动方向和磁场方向 同时反向时，洛伦兹力方向不变。
心得体会
1、以相同速度进入同一磁场的 正、负 电荷受到的洛伦兹力方向相反
2、洛伦兹力的方向 垂直于v和B组成的平面
F洛
B
v
（2）若A、B两板相距为 d，板间的磁场按匀强磁 场处理，磁感应强度为B ，等离子体以速度v沿垂 直于B的方向射入磁场， 该发电机的电动势是多 大？(提示：复习第二章 第二节电动势的有关知 识。)
N
S
电视显像管的工作原理
电视显像管应用了电子束在磁场中的偏 转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束 电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通 过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光 屏发光。